不同参数对双浮体波能装置水动力特性的影响

发布时间：2021-07-11 03:35

　　以双浮体波能装置为研究对象,提出了一套基于ANSYS-AQWA模拟双浮体波能装置振荡运动的计算方法,采用Fortran的二次开发,考虑了线性PTO阻尼的影响,并将运动的数值结果与NREL的试验结果进行对比验证.详细探究了不同参数（波浪参数、发电装置参数和PTO参数）对双浮体波能装置水动力特性的影响.研究结果表明:波浪参数方面,存在1个最优波浪周期,使波能装置的发电功率最大,且增加波高有利于波能的俘获;发电装置参数方面,浮子的吃水、直径及浮筒阻尼板的直径均存在最优值,使能量俘获因子达到最大; PTO参数方面,存在最优阻尼系数,并给出了工程实际中的相对参考值.研究成果可为振荡浮子式双浮体波能装置的研究和设计提供有价值的参考. 

【文章来源】：排灌机械工程学报. 2020,38(06)北大核心CSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

图1 双浮体模型示意图

目前双浮体波能装置的研究有以下难点:(1)浮子和浮筒之间的水动力干扰;(2)浮子和浮筒之间PTO装置的影响;(3)垂荡阻尼板的影响．文中基于势流理论，通过Fortran的二次开发，引入PTO的影响，对双浮体波能装置进行时域计算分析．为验证其正确性，选取文献[12]中的算例，波高为2.5 m的规则波，引入质量-弹簧-阻尼系统来模拟PTO的影响，PTO参数中弹簧刚度为20 kN/m，阻尼为1 200kN·s/m．模拟中改变波浪周期，时间步长0.5 s，计算500 s．垂荡运动幅值Ah的结果对比如图2所示．图2中浮子与浮筒的相对运动的数值结果与试验吻合较好，均在T=8 s时达到最大．浮子的垂荡运动幅值在T=10 s时达到最大．浮筒垂荡运动幅值随波浪周期的增大呈现“先增大后平稳”的趋势．

发电功率是波能装置的重要指标．图3为不同PTO阻尼系数下双浮体波能装置的功率P随波浪周期的变化．由图中可以看出:(1)阻尼系数为1 200kN·m/s时，数值结果和试验结果趋势吻合较好，共振周期处的误差主要由于忽略黏性效应以及试验误差所导致;(2)不同PTO阻尼系数对应着不同的共振周期和最优吸收功率．3 双浮体波能发电装置的水动力特性分析

【参考文献】：
期刊论文
[1]Influence of different parameters on numerical simulation of vertical-axis marine current turbine based on OpenF OAM[J]. JI Renwei,SHENG Qihu,SUN Ke,LI Yan,ZHANG Yuquan,ZHANG Liang.  排灌机械工程学报. 2020(04)
[2]振荡浮子式双浮体波浪能装置的频域和时域分析[J]. 纪仁玮,张亮,王树齐,朱仁庆.  上海船舶运输科学研究所学报. 2019(03)
[3]具有非线性PTO的波能装置水动力及获能分析[J]. 国威,周念福,王树齐,赵桥生.  华中科技大学学报(自然科学版). 2018(04)

硕士论文
[1]一种漂浮式双浮体波浪能发电装置的研究[D]. 戴佑明.华南理工大学 2015



本文编号：3277252